JPH11118482A - 傾斜センサ及びこれを使用した測量機 - Google Patents
傾斜センサ及びこれを使用した測量機Info
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- JPH11118482A JPH11118482A JP9293533A JP29353397A JPH11118482A JP H11118482 A JPH11118482 A JP H11118482A JP 9293533 A JP9293533 A JP 9293533A JP 29353397 A JP29353397 A JP 29353397A JP H11118482 A JPH11118482 A JP H11118482A
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Abstract
(57)【要約】
［目的］ 本発明は、自由表面を有する液体部材を利用
した傾斜センサに係わり、特に、測量機の傾斜センサに
最適な傾斜センサ及びこれを使用した測量機を提供する
ことを目的とする。 ［構成］ 本発明は、第１の光学系が、光源からの光を
平行にし、暗視野パターンが、第１の光学系からの光を
通過させ、ハーフミラーが暗視野パターンを転向させ、
自由表面を有する第１の液体部材が、ハーフミラーによ
り転向されたパターンを反射させ、第２の光学系が、第
１の液体部材で反射されたパターンを結像させ、受光手
段が、第２の光学系で結像された像を受光し、演算処理
手段が、受光手段の受光信号に基づき、傾きを演算する
様になっており、暗視野パターンは、複数のスリットか
ら形成されており、ハーフミラーは、液体部材と第２の
光学系の光路上に配置されている。
した傾斜センサに係わり、特に、測量機の傾斜センサに
最適な傾斜センサ及びこれを使用した測量機を提供する
ことを目的とする。 ［構成］ 本発明は、第１の光学系が、光源からの光を
平行にし、暗視野パターンが、第１の光学系からの光を
通過させ、ハーフミラーが暗視野パターンを転向させ、
自由表面を有する第１の液体部材が、ハーフミラーによ
り転向されたパターンを反射させ、第２の光学系が、第
１の液体部材で反射されたパターンを結像させ、受光手
段が、第２の光学系で結像された像を受光し、演算処理
手段が、受光手段の受光信号に基づき、傾きを演算する
様になっており、暗視野パターンは、複数のスリットか
ら形成されており、ハーフミラーは、液体部材と第２の
光学系の光路上に配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由表面を有する
液体部材を利用した傾斜センサに係わり、特に、測量機
の傾斜センサに最適であり、ハーフミラーを、液体部材
と受光光学系の光路上に配置することにより、コンパク
トに構成することのできる傾斜センサ及びこれを使用し
た測量機に関するものである。
液体部材を利用した傾斜センサに係わり、特に、測量機
の傾斜センサに最適であり、ハーフミラーを、液体部材
と受光光学系の光路上に配置することにより、コンパク
トに構成することのできる傾斜センサ及びこれを使用し
た測量機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から測量機の傾きを検出する素子と
して、図９に示す気泡管１００００が使用されていた。
この気泡管１００００は、内部に気泡５０００を封入す
ると共に、電極６０００、７０００を形成し、静電容量
を電気的に計測することにより、傾きを測定することが
できる。
して、図９に示す気泡管１００００が使用されていた。
この気泡管１００００は、内部に気泡５０００を封入す
ると共に、電極６０００、７０００を形成し、静電容量
を電気的に計測することにより、傾きを測定することが
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記気泡
管１００００は、外周部をガラスから構成しているた
め、衝撃に弱く、高い機械精度を要求されるので、コス
トが高いという問題点があった。
管１００００は、外周部をガラスから構成しているた
め、衝撃に弱く、高い機械精度を要求されるので、コス
トが高いという問題点があった。
【０００４】更に、Ｘ、Ｙ方向の傾きを計測するために
は、２軸方向に２個の気泡管１００００を必要とし、コ
スト高の原因となっていた。
は、２軸方向に２個の気泡管１００００を必要とし、コ
スト高の原因となっていた。
【０００５】また、気泡管１００００は、周囲の温度変
化にも影響を受け、温度変化に対する補正等を施さなけ
ればならないという問題点があった。
化にも影響を受け、温度変化に対する補正等を施さなけ
ればならないという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、光源と、この光源からの光を平行に
するための第１の光学系と、この第１の光学系からの光
を通過させるための暗視野パターンと、この暗視野パタ
ーンを転向させるためのハーフミラーと、このハーフミ
ラーにより転向されたパターンを反射させるための自由
表面を有する液体部材と、この液体部材で反射されたパ
ターンを結像させるための第２の光学系と、この第２の
光学系で結像された像を受光するための受光手段と、こ
の受光手段の受光信号に基づき、傾きを演算するための
演算処理手段とからなり、前記暗視野パターンは、複数
のスリットから形成されており、前記ハーフミラーは、
前記液体部材と前記第２の光学系の光路上に配置されて
構成されている。
案出されたもので、光源と、この光源からの光を平行に
するための第１の光学系と、この第１の光学系からの光
を通過させるための暗視野パターンと、この暗視野パタ
ーンを転向させるためのハーフミラーと、このハーフミ
ラーにより転向されたパターンを反射させるための自由
表面を有する液体部材と、この液体部材で反射されたパ
ターンを結像させるための第２の光学系と、この第２の
光学系で結像された像を受光するための受光手段と、こ
の受光手段の受光信号に基づき、傾きを演算するための
演算処理手段とからなり、前記暗視野パターンは、複数
のスリットから形成されており、前記ハーフミラーは、
前記液体部材と前記第２の光学系の光路上に配置されて
構成されている。
【０００７】また本発明は、前記光源と、この光源から
の光を反射させるための自由表面を有する前記液体部材
の表面とが、共役な関係に配置する構成にすることもで
きる。
の光を反射させるための自由表面を有する前記液体部材
の表面とが、共役な関係に配置する構成にすることもで
きる。
【０００８】そして本発明の前記ハーフミラーは、前記
光源からの透過光に対して傾斜する面を有する構成にす
ることもできる。
光源からの透過光に対して傾斜する面を有する構成にす
ることもできる。
【０００９】更に本発明の前記液体部材は、前記ハーフ
ミラーと一体に構成することもできる。
ミラーと一体に構成することもできる。
【００１０】そして本発明のハーフミラーは、前記液体
部材と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
部材と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
【００１１】また本発明の前記液体部材の屈折率と、前
記ハーフミラーの屈折率とは、近似の値とする構成にす
ることもできる。
記ハーフミラーの屈折率とは、近似の値とする構成にす
ることもできる。
【００１２】そして本発明は、前記光源と前記ハーフミ
ラーの間の光路上には、第１の偏光手段を配置し、前記
液体部材の光の透過面には、λ／４偏光手段を備えてお
り、前記ハーフミラーの透過光に対して、前記液体部材
からの反射光のみを透過させる様にするための第２の偏
光手段とを配置する構成にすることもできる。
ラーの間の光路上には、第１の偏光手段を配置し、前記
液体部材の光の透過面には、λ／４偏光手段を備えてお
り、前記ハーフミラーの透過光に対して、前記液体部材
からの反射光のみを透過させる様にするための第２の偏
光手段とを配置する構成にすることもできる。
【００１３】更に本発明は、第２の偏光手段に代えて、
ハーフミラーに偏光反射面を備えた構成とすることもで
きる。
ハーフミラーに偏光反射面を備えた構成とすることもで
きる。
【００１４】また本発明の前記液体部材を収納する容器
の上面は、前記光源からの透過光に対して、傾斜面とす
る構成にすることもできる。
の上面は、前記光源からの透過光に対して、傾斜面とす
る構成にすることもできる。
【００１５】また本発明の測量機は、測量機本体に取り
付けられ、該測量機本体の傾きを検出するものであって
もよい。
付けられ、該測量機本体の傾きを検出するものであって
もよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
第１の光学系が、光源からの光を平行にし、暗視野パタ
ーンが、第１の光学系からの光を通過させ、ハーフミラ
ーが暗視野パターンを転向させ、自由表面を有する第１
の液体部材が、ハーフミラーにより転向されたパターン
を反射させ、第２の光学系が、第１の液体部材で反射さ
れたパターンを結像させ、受光手段が、第２の光学系で
結像された像を受光し、演算処理手段が、受光手段の受
光信号に基づき、傾きを演算する様になっており、暗視
野パターンは、複数のスリットから形成されており、ハ
ーフミラーは、液体部材と第２の光学系の光路上に配置
されている。
第１の光学系が、光源からの光を平行にし、暗視野パタ
ーンが、第１の光学系からの光を通過させ、ハーフミラ
ーが暗視野パターンを転向させ、自由表面を有する第１
の液体部材が、ハーフミラーにより転向されたパターン
を反射させ、第２の光学系が、第１の液体部材で反射さ
れたパターンを結像させ、受光手段が、第２の光学系で
結像された像を受光し、演算処理手段が、受光手段の受
光信号に基づき、傾きを演算する様になっており、暗視
野パターンは、複数のスリットから形成されており、ハ
ーフミラーは、液体部材と第２の光学系の光路上に配置
されている。
【００１７】また本発明は、光源と、この光源からの光
を反射させるための自由表面を有する液体部材の表面と
を、共役な関係に配置することもできる。
を反射させるための自由表面を有する液体部材の表面と
を、共役な関係に配置することもできる。
【００１８】そして本発明のハーフミラーは、光源から
の透過光に対して傾斜する面を有することもできる。
の透過光に対して傾斜する面を有することもできる。
【００１９】更に本発明の液体部材は、ハーフミラーと
一体にすることもできる。
一体にすることもできる。
【００２０】そして本発明のハーフミラーは、液体部材
と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
【００２１】また本発明の液体部材の屈折率と、ハーフ
ミラーの屈折率とは、近似の値とすることもできる。
ミラーの屈折率とは、近似の値とすることもできる。
【００２２】そして本発明は、光源とハーフミラーの間
の光路上に、第１の偏光手段を配置し、液体部材の光の
透過面に、λ／４偏光手段を備え、第２の偏光手段が、
ハーフミラーの透過光に対して、液体部材からの反射光
のみを透過させることもできる。
の光路上に、第１の偏光手段を配置し、液体部材の光の
透過面に、λ／４偏光手段を備え、第２の偏光手段が、
ハーフミラーの透過光に対して、液体部材からの反射光
のみを透過させることもできる。
【００２３】更に本発明は、第２の偏光手段に代えて、
ハーフミラーに偏光反射面を備えた構成とすることもで
きる。
ハーフミラーに偏光反射面を備えた構成とすることもで
きる。
【００２４】また本発明の液体部材を収納する容器の上
面は、光源からの透過光に対して、傾斜面とすることも
できる。
面は、光源からの透過光に対して、傾斜面とすることも
できる。
【００２５】また本発明の測量機は、測量機本体に取り
付けられ、測量機本体の傾きを検出するものであっても
よい。
付けられ、測量機本体の傾きを検出するものであっても
よい。
【００２６】
【００２７】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
【００２８】「第１実施例」
【００２９】図１は、本第１実施例の傾斜センサ１００
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、ハーフミラー５００
と、自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の
パターンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演
算処理手段９００とから構成されている。
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、ハーフミラー５００
と、自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の
パターンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演
算処理手段９００とから構成されている。
【００３０】本第１実施例の光源１００はＬＥＤである
が、何れの光源を使用することができる。
が、何れの光源を使用することができる。
【００３１】コンデンサーレンズ２００は、光源１００
からの光を平行にするためのものであり、第１の光学系
に該当するものである。
からの光を平行にするためのものであり、第１の光学系
に該当するものである。
【００３２】暗視野パターン３００は、受光手段８００
にパターン像を形成するためのものである。
にパターン像を形成するためのものである。
【００３３】図２は、本第１実施例の暗視野パターン３
００を示すもので、複数のスリット列３１０、３１０・
・・・から構成されている。ここで、複数のスリット列
３１０、３１０・・・・と直交する方向をＸ方向とし、
スリット３１０の長手方向をＹ方向とする。
００を示すもので、複数のスリット列３１０、３１０・
・・・から構成されている。ここで、複数のスリット列
３１０、３１０・・・・と直交する方向をＸ方向とし、
スリット３１０の長手方向をＹ方向とする。
【００３４】この複数のスリット列３１０、３１０・・
・・は、各スリット３１０の中心点が間隔Ｐで等間隔に
配置されており、かつ、直交する方向に沿ってはパター
ン幅が変化する様に配置されている。
・・は、各スリット３１０の中心点が間隔Ｐで等間隔に
配置されており、かつ、直交する方向に沿ってはパター
ン幅が変化する様に配置されている。
【００３５】第１のパターンリレーレンズ４００は、暗
視野パターン３００を通過した光をハーフミラー５００
に導くものである。
視野パターン３００を通過した光をハーフミラー５００
に導くものである。
【００３６】本第１実施例のハーフミラー５００は、半
透過面５１０を備えたビームスプリッタである。ハーフ
ミラー５００に入射された光は、半透過面５１０で反射
されて上方に向かい、自由表面を有する第１の液体部材
６００に入射する。そして、自由表面を有する第１の液
体部材６００で反射された光は、ハーフミラー５００の
半透過面５１０を透過して、下方の受光手段８００に向
かう様になっている。
透過面５１０を備えたビームスプリッタである。ハーフ
ミラー５００に入射された光は、半透過面５１０で反射
されて上方に向かい、自由表面を有する第１の液体部材
６００に入射する。そして、自由表面を有する第１の液
体部材６００で反射された光は、ハーフミラー５００の
半透過面５１０を透過して、下方の受光手段８００に向
かう様になっている。
【００３７】なお、ハーフミラー５００は、光源１００
からの透過光に対して傾斜する傾斜面５２０を有する構
成となっている。
からの透過光に対して傾斜する傾斜面５２０を有する構
成となっている。
【００３８】これは、光源１００からハーフミラー５０
０に入射された光は、半透過面５１０で反射されて上方
に向かうが、一部、半透過面５１０を透過して直進する
光がある。この直進する光の一部は、ハーフミラー５０
０の端面で反射された後、同一光路を反対方向に進む
と、再び、半透過面５１０で反射され、下方の受光手段
８００に向かってしまう。
０に入射された光は、半透過面５１０で反射されて上方
に向かうが、一部、半透過面５１０を透過して直進する
光がある。この直進する光の一部は、ハーフミラー５０
０の端面で反射された後、同一光路を反対方向に進む
と、再び、半透過面５１０で反射され、下方の受光手段
８００に向かってしまう。
【００３９】この半透過面５１０を透過して直進する光
は、傾斜検出を阻害したり、誤差を生じさせる可能性が
ある。そこで、本第１実施例では、ハーフミラー５００
の端面を、光源１００からの透過光に対して傾斜する傾
斜面５２０とする様に構成されている。
は、傾斜検出を阻害したり、誤差を生じさせる可能性が
ある。そこで、本第１実施例では、ハーフミラー５００
の端面を、光源１００からの透過光に対して傾斜する傾
斜面５２０とする様に構成されている。
【００４０】この結果、半透過面５１０を透過して直進
する光源１００からの光は、傾斜面５２０で反射される
が、反射光は、同一光路を反対方向に進むことはないの
で、受光手段８００に入射されることはなく、高精度の
測定を行うことができるという効果がある。
する光源１００からの光は、傾斜面５２０で反射される
が、反射光は、同一光路を反対方向に進むことはないの
で、受光手段８００に入射されることはなく、高精度の
測定を行うことができるという効果がある。
【００４１】なお、光源１００と、この光源１００から
の光を反射させるための自由表面を有する第１の液体部
材６００の表面とが、共役な関係に配置することもでき
る。
の光を反射させるための自由表面を有する第１の液体部
材６００の表面とが、共役な関係に配置することもでき
る。
【００４２】この場合には、第１の液体部材６００の表
面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による
誤差を最小にすることができるという効果がある。更
に、第１の液体部材６００の容積を少なくすることもで
きる。
面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による
誤差を最小にすることができるという効果がある。更
に、第１の液体部材６００の容積を少なくすることもで
きる。
【００４３】自由表面を有する第１の液体部材６００
は、シリコンオイル等の適度の粘性を有する液体が充填
されている。第１の液体部材６００は、自由表面を有す
るので、表面は必ず水平を保つ様になっている。
は、シリコンオイル等の適度の粘性を有する液体が充填
されている。第１の液体部材６００は、自由表面を有す
るので、表面は必ず水平を保つ様になっている。
【００４４】第２のパターンリレーレンズ７００は、自
由表面を有する第１の液体部材６００で反射され、ハー
フミラー５００を透過した光を、受光手段８００上に結
像するためのものである。即ち、第２のパターンリレー
レンズ７００は、暗視野パターン３００の像を受光手段
８００上に形成するためのものである。
由表面を有する第１の液体部材６００で反射され、ハー
フミラー５００を透過した光を、受光手段８００上に結
像するためのものである。即ち、第２のパターンリレー
レンズ７００は、暗視野パターン３００の像を受光手段
８００上に形成するためのものである。
【００４５】なお、第２のパターンリレーレンズ７００
は、第２の光学系に該当するものであり、受光手段８０
０から、第２のパターンリレーレンズ７００の焦点距離
ｆ離れた位置に配置されている。
は、第２の光学系に該当するものであり、受光手段８０
０から、第２のパターンリレーレンズ７００の焦点距離
ｆ離れた位置に配置されている。
【００４６】受光手段８００は、暗視野パターン３００
の像を受光し、電気信号に変換するためのものであり、
本第１実施例では、ＣＣＤ（電荷結合素子）リニアセン
サが採用されている。
の像を受光し、電気信号に変換するためのものであり、
本第１実施例では、ＣＣＤ（電荷結合素子）リニアセン
サが採用されている。
【００４７】演算処理手段９００は、ＣＰＵを含む演算
処理装置であり、全体の制御を司ると共に、暗視野パタ
ーン３００のスリット像の移動距離を算出し、対応する
傾き角を演算するためのものである。
処理装置であり、全体の制御を司ると共に、暗視野パタ
ーン３００のスリット像の移動距離を算出し、対応する
傾き角を演算するためのものである。
【００４８】以上の様に構成された本第１実施例では、
傾斜センサ１０００が傾けば、第１の液体部材６００の
自由表面は水平を保つので、傾斜角度に比例して、受光
手段８００上の暗視野パターン３００の像が移動するこ
とになる。
傾斜センサ１０００が傾けば、第１の液体部材６００の
自由表面は水平を保つので、傾斜角度に比例して、受光
手段８００上の暗視野パターン３００の像が移動するこ
とになる。
【００４９】ここで傾斜センサ１０００が角度θ傾いた
場合には、図６に示す様に、第１の液体部材６００の屈
折率をｎとすると、自由表面からの反射光は２ｎθ傾く
ことになる。受光手段８００であるリニアセンサ上の距
離をＬとすると、
場合には、図６に示す様に、第１の液体部材６００の屈
折率をｎとすると、自由表面からの反射光は２ｎθ傾く
ことになる。受光手段８００であるリニアセンサ上の距
離をＬとすると、
【００５０】 Ｌ＝ｆ＊ｔａｎ（２ｎθ） ・・・・・第１式
【００５１】となる。
【００５２】従って、暗視野パターン３００のスリット
３１０の移動量を受光手段８００が検出し、演算処理手
段９００が傾き角に変換すれば、傾斜センサ１０００の
傾きθを測定することができる。
３１０の移動量を受光手段８００が検出し、演算処理手
段９００が傾き角に変換すれば、傾斜センサ１０００の
傾きθを測定することができる。
【００５３】「第２実施例」
【００５４】図３は、本第２実施例の傾斜センサ２００
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、封入容器５５０と、自
由表面を有する第１の液体部材６００と、第２のパター
ンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演算処理
手段９００とから構成されている。
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、封入容器５５０と、自
由表面を有する第１の液体部材６００と、第２のパター
ンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演算処理
手段９００とから構成されている。
【００５５】封入容器５５０は、半透過面５５１と自由
表面を有する第１の液体部材６００とを、一体化させる
ためのものである。即ち、封入容器５５０は、ハーフミ
ラーと第１の液体部材６００とを、一体化させるための
ものである。
表面を有する第１の液体部材６００とを、一体化させる
ためのものである。即ち、封入容器５５０は、ハーフミ
ラーと第１の液体部材６００とを、一体化させるための
ものである。
【００５６】本第２実施例は、光源１００から入射され
た光は、封入容器５５０内の半透過面５５１で反射され
て上方に向かい、自由表面を有する第１の液体部材６０
０に入射する。そして、自由表面を有する第１の液体部
材６００で反射された光は、封入容器５５０内の半透過
面５５１を透過して、下方の受光手段８００に向かう様
になっている。
た光は、封入容器５５０内の半透過面５５１で反射され
て上方に向かい、自由表面を有する第１の液体部材６０
０に入射する。そして、自由表面を有する第１の液体部
材６００で反射された光は、封入容器５５０内の半透過
面５５１を透過して、下方の受光手段８００に向かう様
になっている。
【００５７】光源１００から半透過面５５１に入射され
た光は、封入容器５５０の入射面や、封入容器５５０と
第１の液体部材６００境界面等でも反射光が発生し、こ
の反射光が受光手段８００に入射して、傾斜検出を阻害
したり、誤差を生じさせる可能性がある。
た光は、封入容器５５０の入射面や、封入容器５５０と
第１の液体部材６００境界面等でも反射光が発生し、こ
の反射光が受光手段８００に入射して、傾斜検出を阻害
したり、誤差を生じさせる可能性がある。
【００５８】そこで封入容器５５０により、ハーフミラ
ーと第１の液体部材６００とを、一体化させ、封入容器
５５０と第１の液体部材６００と半透過面５５１の屈折
率を同一又は、近似の値にすることにより、不要な反射
光の発生を防止し、高精度の測定を実現させることがで
きる。
ーと第１の液体部材６００とを、一体化させ、封入容器
５５０と第１の液体部材６００と半透過面５５１の屈折
率を同一又は、近似の値にすることにより、不要な反射
光の発生を防止し、高精度の測定を実現させることがで
きる。
【００５９】また封入容器５５０が、第１の液体部材６
００と接する面に、封入容器５５０の屈折率と第１の液
体部材６００の屈折率との中間の媒質を用いた反射防止
膜を設けることにより、この境界での反射光を減少させ
ることができる。
００と接する面に、封入容器５５０の屈折率と第１の液
体部材６００の屈折率との中間の媒質を用いた反射防止
膜を設けることにより、この境界での反射光を減少させ
ることができる。
【００６０】なお、その他の構成は、第１実施例と同様
であるから、説明を省略する。
であるから、説明を省略する。
【００６１】「第３実施例」
【００６２】図４は、本第３実施例の傾斜センサ３００
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、ハーフミラー５００
と、自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の
パターンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演
算処理手段９００とから構成されている。
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１の
パターンリレーレンズ４００と、ハーフミラー５００
と、自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の
パターンリレーレンズ７００と、受光手段８００と、演
算処理手段９００とから構成されている。
【００６３】自由表面を有する第１の液体部材６００
は、容器６１０に封入されており、容器６１０の上面は
傾斜して構成されている。
は、容器６１０に封入されており、容器６１０の上面は
傾斜して構成されている。
【００６４】ハーフミラー５００で反射されて、自由表
面を有する第１の液体部材６００に入射された光は、自
由表面で数％反射され、ハーフミラー５００の半透過面
５１０を透過して受光手段８００に入射されるが、９０
％以上の入射光は、第１の液体部材６００を透過する。
面を有する第１の液体部材６００に入射された光は、自
由表面で数％反射され、ハーフミラー５００の半透過面
５１０を透過して受光手段８００に入射されるが、９０
％以上の入射光は、第１の液体部材６００を透過する。
【００６５】この第１の液体部材６００を透過した光
は、容器６１０の上面で反射される。この容器６１０の
上面で反射された反射光は、同一光路を戻ると、ハーフ
ミラー５００の半透過面５１０を透過して受光手段８０
０に入射され、かなりの確率で傾斜検出を阻害したり、
誤差を生じさせる。
は、容器６１０の上面で反射される。この容器６１０の
上面で反射された反射光は、同一光路を戻ると、ハーフ
ミラー５００の半透過面５１０を透過して受光手段８０
０に入射され、かなりの確率で傾斜検出を阻害したり、
誤差を生じさせる。
【００６６】従って、容器６１０の上面を傾斜させるこ
とにより、反射光は、同一光路を反対方向に進むことは
ないので、受光手段８００に入射されることはなく、高
精度の測定を行うことができるという効果がある。
とにより、反射光は、同一光路を反対方向に進むことは
ないので、受光手段８００に入射されることはなく、高
精度の測定を行うことができるという効果がある。
【００６７】なお、その他の構成は、第１実施例及び第
２の実施例と同様であるから、説明を省略する。
２の実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００６８】「第４実施例」
【００６９】図５は、本第４実施例の傾斜センサ４００
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、第１の偏光手段２１０と、暗視野
パターン３００と、第１のパターンリレーレンズ４００
と、ハーフミラー５００と、λ／４偏光手段２２０と、
自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の偏光
手段２３０と、第２のパターンリレーレンズ７００と、
受光手段８００と、演算処理手段９００とから構成され
ている。
０の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデン
サーレンズ２００と、第１の偏光手段２１０と、暗視野
パターン３００と、第１のパターンリレーレンズ４００
と、ハーフミラー５００と、λ／４偏光手段２２０と、
自由表面を有する第１の液体部材６００と、第２の偏光
手段２３０と、第２のパターンリレーレンズ７００と、
受光手段８００と、演算処理手段９００とから構成され
ている。
【００７０】光源手段１００からの光は、コンデンサー
レンズ２００を通過した後、第１の偏光手段２１０によ
り直線偏光となる。そして、ハーフミラー５００の半透
過面５１０で上方に反射された直線偏光は、λ／４偏光
手段２２０に入射して、円偏光に変換される。
レンズ２００を通過した後、第１の偏光手段２１０によ
り直線偏光となる。そして、ハーフミラー５００の半透
過面５１０で上方に反射された直線偏光は、λ／４偏光
手段２２０に入射して、円偏光に変換される。
【００７１】λ／４偏光手段２２０で円偏光に変換され
た光は、第１の液体部材６００に入射されて、自由表面
で反射され、再び、λ／４偏光手段２２０に入射され
る。
た光は、第１の液体部材６００に入射されて、自由表面
で反射され、再び、λ／４偏光手段２２０に入射され
る。
【００７２】λ／４偏光手段２２０では、第１の偏光手
段２１０により直線偏光とされた光に対して、π／２だ
け偏光方向が異なる光線とすることができる。
段２１０により直線偏光とされた光に対して、π／２だ
け偏光方向が異なる光線とすることができる。
【００７３】従って第２の偏光手段２３０を、第１の液
体部材６００の自由表面で反射された反射光のみ透過す
る様に（λ／４偏光手段２２０を２回通過した光）配置
すれば、第１の液体部材６００の自由表面で反射された
反射光以外の不要な反射光が、受光手段８００に入射さ
れるのを防止し、高精度の測定を行うことができるとい
う効果がある。
体部材６００の自由表面で反射された反射光のみ透過す
る様に（λ／４偏光手段２２０を２回通過した光）配置
すれば、第１の液体部材６００の自由表面で反射された
反射光以外の不要な反射光が、受光手段８００に入射さ
れるのを防止し、高精度の測定を行うことができるとい
う効果がある。
【００７４】なお、第２の偏光手段２３０に代えて、ハ
ーフミラー５００には、偏光反射面を備えた偏光ビーム
スプリッタを使用することもでき、同様な効果を得るこ
とができる。
ーフミラー５００には、偏光反射面を備えた偏光ビーム
スプリッタを使用することもでき、同様な効果を得るこ
とができる。
【００７５】なお、その他の構成は、第１実施例〜第３
の実施例と同様であるから、説明を省略する。
の実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００７６】次に、演算処理手段９００の傾き角の演算
処理を詳細に説明する。
処理を詳細に説明する。
【００７７】受光手段８００であるリニアセンサは、複
数のスリット列３１０、３１０・・・・・の像と直交す
る方向（Ｘ方向）に配置されている。
数のスリット列３１０、３１０・・・・・の像と直交す
る方向（Ｘ方向）に配置されている。
【００７８】従って、Ｘ方向の傾き角については、図７
に示す様に、スリット３１０・・・・・の特定のパター
ンをスタートパターンとして着目し、予め設定しておく
水平基準位置から距離ｄｘを測定すればよい。
に示す様に、スリット３１０・・・・・の特定のパター
ンをスタートパターンとして着目し、予め設定しておく
水平基準位置から距離ｄｘを測定すればよい。
【００７９】またピッチ間隔以下の距離に関しては、リ
ニアセンサの出力のフーリエ変換を行うことにより、ピ
ッチ間隔に対する水平基準位置との位相差φを計算し、
ニアセンサの出力のフーリエ変換を行うことにより、ピ
ッチ間隔に対する水平基準位置との位相差φを計算し、
【００８０】 φ＊ｐ／（２π） ・・・・・・第２式
【００８１】を求めることにより、ピッチ間隔以下の距
離を高精度に測定可能である。そして、上記スタートパ
ターンの距離から求めたピッチ間隔以上の距離と合わせ
ることにより、全体の距離を演算することができる。
離を高精度に測定可能である。そして、上記スタートパ
ターンの距離から求めたピッチ間隔以上の距離と合わせ
ることにより、全体の距離を演算することができる。
【００８２】そして演算処理手段９００は、全体の移動
量から、対応するＸ方向の傾き角を演算することができ
る。
量から、対応するＸ方向の傾き角を演算することができ
る。
【００８３】次にＹ方向の傾き角であるが、Ｙ方向の傾
き角は、幅が変化する３角形のスリット３１０ｂより演
算する。
き角は、幅が変化する３角形のスリット３１０ｂより演
算する。
【００８４】即ち、Ｘ方向にリニアセンサが配置されて
いるので、Ｙ方向に傾くと、３角形のスリット３１０ｂ
の受光幅が変化することになる。この変化量は、Ｙ方向
の傾き角と比例するため、演算処理手段９００はＹ方向
に傾き角を算出することができる。
いるので、Ｙ方向に傾くと、３角形のスリット３１０ｂ
の受光幅が変化することになる。この変化量は、Ｙ方向
の傾き角と比例するため、演算処理手段９００はＹ方向
に傾き角を算出することができる。
【００８５】Ｙ方向の幅の測定は、図８に示す様に、リ
ニアセンサの出力を微分することにより、その立ち上が
りと立ち下がりの距離を測定することができる。また、
測定精度を上げるために、全ての信号について演算を行
い、平均の幅ｄｙave を求め、フーリエ変換により得ら
れたピッチ幅ｐ及び予め決められた比例関係ｋより、リ
ニアセンサ上の距離Ｌを
ニアセンサの出力を微分することにより、その立ち上が
りと立ち下がりの距離を測定することができる。また、
測定精度を上げるために、全ての信号について演算を行
い、平均の幅ｄｙave を求め、フーリエ変換により得ら
れたピッチ幅ｐ及び予め決められた比例関係ｋより、リ
ニアセンサ上の距離Ｌを
【００８６】 Ｌ＝ｋ＊ｄｙave／ｐ ・・・・・第３式
【００８７】と表すことができる。更に、第１式よりＹ
方向の傾きを計算することができる。
方向の傾きを計算することができる。
【００８８】なお、幅が変化するスリットは、３角形に
限ることなく、幅が変化し、傾きとの対応が設定される
ものであればよい。
限ることなく、幅が変化し、傾きとの対応が設定される
ものであればよい。
【００８９】以上の様に、１つのリニアセンサを利用す
るだけで、Ｘ方向及びＹ方向の２軸方向の傾きを検出す
ることができる。
るだけで、Ｘ方向及びＹ方向の２軸方向の傾きを検出す
ることができる。
【００９０】また、リニアセンサでなく、エリアセンサ
を採用すれば、等間隔に形成された複数のスリット３１
０、３１０・・・を使用することで、Ｘ方向及びＹ方向
の２軸の傾きを検出することができる。
を採用すれば、等間隔に形成された複数のスリット３１
０、３１０・・・を使用することで、Ｘ方向及びＹ方向
の２軸の傾きを検出することができる。
【００９１】更に、自由表面を有する第１の液体部材６
００に代えて、揺動自在な懸垂部材とすることもでき
る。
００に代えて、揺動自在な懸垂部材とすることもでき
る。
【００９２】そして、図１０及び図１１に示す様な電子
式セオドライト２００００等に傾斜センサを取り付けれ
ば、測量装置本体のＸ方向及びＹ方向の傾きを検出する
ことができる。
式セオドライト２００００等に傾斜センサを取り付けれ
ば、測量装置本体のＸ方向及びＹ方向の傾きを検出する
ことができる。
【００９３】
【効果】以上の様に構成された本発明は、光源と、この
光源からの光を平行にするための第１の光学系と、この
第１の光学系からの光を通過させるための暗視野パター
ンと、この暗視野パターンを転向させるためのハーフミ
ラーと、このハーフミラーにより転向されたパターンを
反射させるための自由表面を有する液体部材と、この液
体部材で反射されたパターンを結像させるための第２の
光学系と、この第２の光学系で結像された像を受光する
ための受光手段と、この受光手段の受光信号に基づき、
傾きを演算するための演算処理手段とからなり、前記暗
視野パターンは、複数のスリットから形成されており、
前記ハーフミラーは、前記液体部材と前記第２の光学系
の光路上に配置されているので、機械的強度が高く、高
精度な傾斜センサを提供することができる上、コンパク
トな傾斜センサを提供することができるという効果があ
る。
光源からの光を平行にするための第１の光学系と、この
第１の光学系からの光を通過させるための暗視野パター
ンと、この暗視野パターンを転向させるためのハーフミ
ラーと、このハーフミラーにより転向されたパターンを
反射させるための自由表面を有する液体部材と、この液
体部材で反射されたパターンを結像させるための第２の
光学系と、この第２の光学系で結像された像を受光する
ための受光手段と、この受光手段の受光信号に基づき、
傾きを演算するための演算処理手段とからなり、前記暗
視野パターンは、複数のスリットから形成されており、
前記ハーフミラーは、前記液体部材と前記第２の光学系
の光路上に配置されているので、機械的強度が高く、高
精度な傾斜センサを提供することができる上、コンパク
トな傾斜センサを提供することができるという効果があ
る。
【００９４】また本発明は、光源と、この光源からの光
を反射させるための自由表面を有する液体部材の表面と
を、共役な関係に配置する構成とすれば、液体部材の表
面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による
誤差を最小にすることができるという効果がある。更
に、液体部材の容積を少なくすることもできる。
を反射させるための自由表面を有する液体部材の表面と
を、共役な関係に配置する構成とすれば、液体部材の表
面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による
誤差を最小にすることができるという効果がある。更
に、液体部材の容積を少なくすることもできる。
【００９５】そして本発明のハーフミラーは、光源から
の透過光に対して傾斜する面を有しているので、反射光
は、同一光路を反対方向に進むことはないので、不要な
反射光が受光手段に入射されることがなく、高精度の測
定を行うことができるという効果がある。
の透過光に対して傾斜する面を有しているので、反射光
は、同一光路を反対方向に進むことはないので、不要な
反射光が受光手段に入射されることがなく、高精度の測
定を行うことができるという効果がある。
【００９６】更に本発明は、前記光源と前記ハーフミラ
ーの間の光路上には、第１の偏光手段を配置し、前記液
体部材の光の透過面には、λ／４偏光手段を備えてお
り、前記ハーフミラーの透過光に対して、前記液体部材
からの反射光のみを透過させる様にするための第２の偏
光手段とを配置しているので、液体部材の自由表面で反
射された反射光以外の不要な反射光が、受光手段に入射
されるのを防止し、高精度の測定を行うことができると
いう効果がある。
ーの間の光路上には、第１の偏光手段を配置し、前記液
体部材の光の透過面には、λ／４偏光手段を備えてお
り、前記ハーフミラーの透過光に対して、前記液体部材
からの反射光のみを透過させる様にするための第２の偏
光手段とを配置しているので、液体部材の自由表面で反
射された反射光以外の不要な反射光が、受光手段に入射
されるのを防止し、高精度の測定を行うことができると
いう効果がある。
【００９７】
【図１】本発明の第１実施例の傾斜センサ１０００の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図２】本実施例の暗視野パターン３００を説明する図
である。
である。
【図３】第２実施例の傾斜センサ２０００の構成を示す
図である。
図である。
【図４】第３実施例の傾斜センサ３０００の構成を示す
図である。
図である。
【図５】第４実施例の傾斜センサ４０００の構成を示す
図である。
図である。
【図６】第１実施例の第１の流体部材６００を説明する
図である。
図である。
【図７】演算処理手段９００の傾き角の演算処理を説明
する図である。
する図である。
【図８】演算処理手段９００の傾き角の演算処理を説明
する図である。
する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【図１０】本実施例を電子式セオドライト２００００に
応用した例を説明する図である。
応用した例を説明する図である。
【図１１】本実施例を電子式セオドライト２００００に
応用した例を説明する図である。
応用した例を説明する図である。
２００００ 電子式セオドライト １０００ 第１実施例の傾斜センサ ２０００ 第２実施例の傾斜センサ ３０００ 第３実施例の傾斜センサ ４０００ 第４実施例の傾斜センサ １００ 光源 ２００ コンデンサーレンズ ２１０ 第１の偏光手段 ２２０ λ／４偏光手段 ２３０ 第２の偏光手段 ３００ 暗視野パターン ３１０ スリット ４００ 第１のパターンリレーレンズ ５００ ハーフミラー ５１０ 半透過面 ６００ 自由表面を有する第１の液体部材 ７００ 第２のパターンリレーレンズ ８００ 受光手段 ９００ 演算処理手段
Claims (10)
- 【請求項１】 光源と、この光源からの光を平行にする
ための第１の光学系と、この第１の光学系からの光を通
過させるための暗視野パターンと、この暗視野パターン
を転向させるためのハーフミラーと、このハーフミラー
により転向されたパターンを反射させるための自由表面
を有する液体部材と、この液体部材で反射されたパター
ンを結像させるための第２の光学系と、この第２の光学
系で結像された像を受光するための受光手段と、この受
光手段の受光信号に基づき、傾きを演算するための演算
処理手段とからなり、前記暗視野パターンは、複数のス
リットから形成されており、前記ハーフミラーは、前記
液体部材と前記第２の光学系の光路上に配置されている
傾斜センサ。 - 【請求項２】 前記光源と、この光源からの光を反射さ
せるための自由表面を有する前記液体部材の表面とが、
共役な関係に配置されている請求項１記載の傾斜セン
サ。 - 【請求項３】 前記ハーフミラーは、前記光源からの透
過光に対して傾斜する面を有している請求項１又は２記
載の傾斜センサ。 - 【請求項４】 前記液体部材は、前記ハーフミラーと一
体に構成されている請求項１〜３記載の何れか１つの傾
斜センサ。 - 【請求項５】 前記ハーフミラーは、前記液体部材と接
する面に反射防止膜が施されている請求項４記載の傾斜
センサ。 - 【請求項６】 前記液体部材の屈折率と、前記ハーフミ
ラーの屈折率とは、近似の値となっている請求項１〜５
記載の何れか１つの傾斜センサ。 - 【請求項７】 前記光源と前記ハーフミラーの間の光路
上には、第１の偏光手段を配置し、前記液体部材の光の
透過面には、λ／４偏光手段を備えており、前記ハーフ
ミラーの透過光に対して、前記液体部材からの反射光の
みを透過させる様にするための第２の偏光手段とを配置
した請求項１〜６記載の何れか１つの傾斜センサ。 - 【請求項８】 第２の偏光手段に代えて、ハーフミラー
に偏光反射面を備えた構成とする請求項７記載の傾斜セ
ンサ。 - 【請求項９】 前記液体部材を収納する容器の上面は、
前記光源からの透過光に対して、傾斜面となっている請
求項１〜８記載の何れか１つの傾斜センサ。 - 【請求項１０】 測量機本体に取り付けられ、該測量機
本体の傾きを検出する請求項１〜９記載の何れか１つの
傾斜センサを使用した測量機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29353397A JP3787736B2 (ja) | 1997-10-08 | 1997-10-08 | 傾斜センサ |
| US09/168,261 US6204498B1 (en) | 1997-10-08 | 1998-10-08 | Inclination sensor and surveying instrument using the same |
| EP98119037A EP0908699B1 (en) | 1997-10-08 | 1998-10-08 | Inclination sensor and surveying instrument using the same |
| DE69830116T DE69830116T2 (de) | 1997-10-08 | 1998-10-08 | Neigungssensor und diesen verwendendes Vermessungsinstrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29353397A JP3787736B2 (ja) | 1997-10-08 | 1997-10-08 | 傾斜センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118482A true JPH11118482A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3787736B2 JP3787736B2 (ja) | 2006-06-21 |
Family
ID=17795982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29353397A Expired - Lifetime JP3787736B2 (ja) | 1997-10-08 | 1997-10-08 | 傾斜センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6204498B1 (ja) |
| EP (1) | EP0908699B1 (ja) |
| JP (1) | JP3787736B2 (ja) |
| DE (1) | DE69830116T2 (ja) |
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| US7322118B2 (en) * | 2004-09-03 | 2008-01-29 | Quarton, Inc. | Non-contact electronic level |
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